Одной из интереснейших научных проблем является проблема определения абсолютного возраста горных пород и Земли в целом.
К решению её пытались подойти самыми различными путями, но только недавно найдено удовлетворительное средство: радиоактивный метод; правда, применять его можно только к породам, содержащим радиоактивные элементы.
Уран, распадаясь, даёт радий, который, в свою очередь, образуя ряд промежуточных продуктов распада, превращается в конце концов в нерадиоактивный урановый свинец с атомным весом 206. Распад тория тоже приводит к образованию свинца: это будет ториевый свинец с атомным весом 208. Наряду с этим во время радиоактивного распада образуется и гелий. Зная скорость образования гелия и свинца (так, например, 1 г урана, распадаясь, даёт в год 7,4 X 10-9 г свинца), можно определить время, в течение которого накопились те или иные количества этих веществ, получившиеся в результате радиоактивного распада исходных минералов, т. е. можно узнать возраст породы. Для измерения абсолютного времени пользуются также радиоактивным распадом калия (приводящим к образованию аргона), рубидия и других элементов. Эти вычисления нельзя ещё признать очень точными хотя бы потому в частности, что гелий может рассеиваться, а часть свинца в породе может быть и не радиоактивного происхождения. Но нельзя уже и сомневаться, что порядок величин эти вычисления отражают вполне правильно. Исследования, выполненные разными авторами, определяют возраст земной коры в 3—3,5 млрд. лет. Однако, по сути, если расшифровать термин «кора», то речь здесь идёт о времени образования самых древних изверженных пород (с известной «надбавкой», так как фактическое определение возраста древнейших пород Карелии и Канады даёт величины 1,7—2 млрд. лет). Дело в том, что радиоактивный метод фиксирует момент образования кристаллической решётки, т. е. время выпадения кристалла из расплава, так как с этого момента и возникает вполне изолированная система минерала, в которой возможно накопление и сохранение продуктов радиоактивного распада.
Когда господствовало мнение о первоначальном огненно-жидком состоянии Земли, понятия о времени возникновения земной коры и времени образования древнейших изверженных пород совпадали: застывшая кора и была древнейшей изверженной породой. Но теперь мы знаем, что Земля возникла как холодное тело, которое только впоследствии разогрелось внутри под действием распада радиоактивных элементов. Стало быть, самые древние изверженные породы моложе первичной холодной внешней оболочки Земли, и возраст их не может характеризовать ни возраст земной поверхности, ни тем более возраст Земли как планеты.
Если считать, что весь аргон на Земле — это продукт радиоактивного распада калия (имеется в виду К40), то возраст Земли будет не менее 4 млрд. лет. Подсчёты О. Ю. Шмидта дают ещё более высокую цифру: для того чтобы Земля образовалась из твёрдых космических телец, потребовалось 7,6 млрд. лет; половина массы Земли накопилась меньше, чем за 1 млрд. лет; затем процесс замедлился (по причине исчерпания запасов вещества в материнском пылевом облаке), и за последние 2 млрд. лет выпал слой всего в несколько сантиметров. Расчёты эти основаны были первоначально на известном (хотя и не абсолютном) отождествлении родоначальной для Земли космической пыли с современными метеоритами. Теперь на таком отождествлении вряд ли можно настаивать, так как метеориты очень сложны по составу и сами, быть может, являются осколками возникавших из пылевого облака и затем распадавшихся более крупных глыб вещества (а это, вероятно, происходило неоднократно, прежде чем образовались более прочные сгустки, давшие начало современным планетам). Вместе с тем определения возраста метеоритов радиоактивным методом тоже дают цифру до 7—8 млрд. лет, причём, по В. Г. Фесенкову, ни один из метеоритов «не имеет возраста, превосходящего возраст нашей Земли и, как можно думать, нашей планетной системы». В более новой работе Фесенков верхним пределом возраста метеоритов считает 3—4 млрд. лет.
В. И. Баранов для исчисления возраста Земли взял отношение между современными количествами урана (U238) и актиноурана (U235) в горных породах и минералах. В глубине веков при образовании урана атомы обеих его разновидностей, вероятнее всего, возникли примерно в одинаковых количествах. Но так как актиноуран распадается много быстрее, чем уран (периоды их полураспада соответственно 700 млн. и 4,5 млрд. лет), актиноурана сейчас стало в 139 раз меньше, чем урана. Расчёт показывает, что для перехода от паритетного соотношения к ныне наблюдаемому понадобилось 5—7 млрд. лет. Эта цифра даёт нам возраст урана, возраст вещества, из которого потом возникла Земля, вероятно также возраст метеоритов, но не возраст Земли как планеты, так как радиоактивные элементы в земных условиях (ни внутри, ни на поверхности) образоваться не могли, требовали для этого других физических условий и, стало быть, появились до образования Земли. Наша планета возникла позже, а именно 5—6 млрд. лет назад.
Таким образом, возраст Земли лежит в интервале от 4 до 6 млрд. лет.
Определение абсолютного возраста горных пород, однако, находится только в зародышевой стадии, так как накопившийся до сих пор по этому вопросу материал пока недостаточен. Поэтому в геологии преобладающее значение имеет ещё старая, относительная геохронология, которая, не давая возможности установить абсолютный возраст, позволяет устанавливать лишь последовательность событий, т. е. констатировать, что одно из них произошло раньше, а другое позже. Все напластования пород в земной коре разделены на группы, каждая группа делится на системы, каждая система на отделы (серии), отделы на ярусы, а ярусы на горизонты и зоны. Это есть деление горных пород на всё более и более дробные комплексы. Но каждый комплекс потребовал для своего образования известного времени. Поэтому условились, что в отношении времени каждой группе отвечает промежуток, который называется эрой, каждой системе — промежуток, называемый периодом. Периоды затем распадаются на эпохи, эпохи на века; ещё более мелкая единица — фаза, или время (впрочем, для ледникового времени вошло в обычай говорить «ледниковая эпоха»).
Четвертичный период подразделяют (в порядке возрастающей древности) на эпохи современную (которая началась около 10 тыс. лет назад), новую, среднюю и древнюю. В третичном периоде различают плиоцен, миоцен, олигоцен, эоцен и палеоцен; первые два объединяются в неоген, остальные в палеоген.